国家重点基础研究发展计划（973计划）项目申报书-牛奶重要营养品质形成与调控机理研究

项目名称：牛奶重要营养品质形成与调控机理研究首席科学家：王加启 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所起止年限：2011.1至2015.8依托部门：农业部二、预期目标（一）总体目标运用现代营养学、营养基因组学和整合生理学等理论与方法，揭示乳成分前体物的生成、利用及其调节机制，阐明乳脂肪和乳蛋白合成的分子基础与代谢调控网络，建立调控乳脂肪、乳蛋白含量与组成的理论和方法，为改善我国牛奶品质提供理论依据和技术途径。（二）五年预期目标1揭示消化道内乳成分前体物的生成、吸收和转运规律及其调节机制；探明乳成分前体物生成与瘤胃微生物优势菌群之间的关系，鉴定23个参与乳成分前体物生成的关键菌群；阐明瘤胃酸中毒时LPS的生成机制及其与乳成分前体物生成的关系。2. 揭示肝脏内乳成分前体物的动态变化和代谢转化规律；阐明LPS影响肝脏内乳成分前体物重分配的规律；揭示肝脏内乳成分前体物重分配的细胞重编程分子机制，阐明肝脏内参与乳成分前体物转化与分配的功能基因差异表达及其表观遗传机理。3. 建立乳蛋白最大合成量所需游离氨基酸与小肽的理想模式；鉴定出乳腺上皮细胞摄取氨基酸和小肽的特异性转运蛋白23个；阐明VFA、氨基酸等乳成分前体物发挥最大协同作用的平衡模式和调控交汇点，揭示乳腺内乳脂肪和乳蛋白合成的互作关系及其调节机理；揭示LPS对乳腺细胞重编程的影响及其机理。4. 筛选确定参与乳脂肪和乳蛋白合成的第一基因组和第二基因组中主要功能基因1015个；揭示乳成分前体物与乳腺功能基因的互作关系；探明两个基因组在乳成分合成中的关联性，获得具有关联性的功能基因35个。5. 从机体、细胞和分子水平揭示我国当前牛奶营养品质低下的主要原因，解析乳脂肪和乳蛋白合成的代谢调控网络，建立符合中国饲料资源特色的改善牛奶营养品质的系统整合理论；形成瘤胃“稳态”调控技术23项；建立干预乳脂肪和乳蛋白合成的关键代谢调控通路的技术途径，经验证试验使乳脂肪和乳蛋白含量分别达到3.5%和3.1%；阐明乳脂肪和乳蛋白特征图谱的变化规律，建立鉴别牛奶营养品质的基准。6. 发表SCI收录论文100篇以上，申请发明专利1015项，培养博士和硕士研究生100120名，学术带头人1015名，出版专著35部。三、研究方案（一）学术思路立足我国不同产地的饲料资源和奶牛生产实际，以“科学饲养、健康瘤胃、健康奶牛和优质牛奶”为目标，依据现代动物营养学、营养基因组学和整合生理学等理论与方法，以瘤胃、肝脏和乳腺内乳成分前体物的生成与利用为核心，深入到组织器官、细胞和分子水平剖析牛奶重要营养品质形成过程中的关键物质代谢和信号转导通路，整合形成乳脂肪和乳蛋白合成的代谢调控网络理论，建立干预关键代谢调控通路的技术途径，揭示我国当前牛奶品质低下的深层次原因，最终实现调控乳脂肪和乳蛋白合成的目标。（二）技术途径立足我国不同产地的饲料资源，针对大规模、中等规模和农户养殖3种主要生产方式，以健康经产奶牛为试验动物，研究比较不同日粮结构（粗料型、精料型和混合型）和营养水平（高、中、低）组成的日粮模式下，宏观上，主要应用现代动物营养学的研究方法，以研究乳成分前体物在奶牛消化道（瘤胃、小肠）、肝脏和乳腺中的生成、吸收、代谢、转化分配和利用规律为主线；微观上，采用营养基因组学的理论与方法，深入到第一基因组和第二基因组，鉴定乳蛋白和乳脂肪合成相关功能基因，并研究两个基因组与乳成分前体物生成与利用之间的关系；整体上，应用整合生理学的理论与方法，系统整合瘤胃、肝脏和乳腺对乳成分前体物形成乳成分前体物生成与利用的关键物质代谢通路、信号转导通路和神经内分泌调节，绘制乳脂肪和乳蛋白合成的代谢调控网络，并建立干预代谢调控网络关键通路的技术途径。技术途径如下图：图1 项目技术途径（三）与国内外同类研究相比的创新性和特色.学术思想具有前瞻性在项目整体设计上始终贯彻“科学饲养、健康瘤胃、健康奶牛和优质牛奶”的科学思路，以整合生物学的基本原理为指导，引入现代生命科学提出的“细胞编程、重编程、两个基因组和表观遗传”的新理论和新方法，立足我国优质粗饲料严重不足，奶牛饲料资源利用不合理的现状，以乳成分前体物为主线，在进行组织器官、分子、细胞水平研究的同时，进行整合研究，实现宏观研究与微观研究的系统整合，避免了发达国家项目单薄，只能开展单一组织器官研究的片面性；本项目将探索瘤胃代谢异常产物引起机体免疫功能变化和细胞重编程的机理，以及对牛奶营养品质形成的影响，比国际上血液注射单一外源有害成分的研究切合实际，更能够揭示“健康瘤胃”的科学内涵；由此建立的理论体系和技术途径更具有前瞻性。2.技术路线具有新颖性“乳成分前体物”是饲料营养物质向乳脂肪、乳蛋白转化的关键。本项目通过“乳成分前体物”将奶牛瘤胃、肝脏和乳腺三个主要器官内营养素代谢及其信号转导途径与基因调控机理联系在一起，由此筛选第一基因组（奶牛机体）和第二基因组（消化道微生物）中参与乳脂肪和乳蛋白合成与调控的功能基因，同时揭示神经内分泌系统通过激素和生长因子的信号调节通路。以整合生理学和营养基因组学为指导，由“表”及“里”，由“宏观”向“微观”，从乳脂肪和乳蛋白合成与调控的关键物质通路、信号转导途径和神经内分泌调节等不同的层面实现整合，这一技术路线比国外单一功能器官的研究更能深入揭示牛奶品质控制的关键因素。3.研究成果具有实用性科学理论研究紧密衔接生产技术创新，科学问题源于生产，科学成果回归生产，是取得重大突破的动力。本项目的特色在于立足我国现实饲料资源和奶牛生产实际，揭示当前我国牛奶品质低下的深层次原因，提出牛奶重要营养品质形成与调控的关键调控网络，建立适合我国国情的乳脂肪和乳蛋白合成调控的理论和技术途径，对于改善我国牛奶品质具有重要的理论价值和现实意义，而且必将进一步提升我国反刍动物营养学科的研究水平，增强其国际影响力。（四）课题设置1、各课题间相互关系本项目立足我国不同产地的饲料资源和生产实际，运用现代营养学、营养基因组学和整合生理学的理论与方法，从奶牛瘤胃、肝脏和乳腺三个器官切入，以不同典型日粮模式下营养物质转化为乳脂肪和乳蛋白的生物学过程和调节为主线，设置如下5个课题（见图2）：以课题1、2、3为纵线，从现代营养学的角度分别研究消化道、肝脏和乳腺内乳成分前体物的生成吸收、代谢分配和摄取利用规律及调节机制；而课题4以两个基因组为核心，从营养基因组学的角度研究参与乳脂肪和乳蛋白合成的功能基因及其与乳成分前体物之间的关系；课题5整合乳脂肪和乳蛋白合成在“分子-细胞-组织器官-机体”水平的代谢调控网络，并设计和验证干预关键调控通路的营养调控措施，建立改善乳脂肪和乳蛋白的新理论和新方法。图2 项目课题设置课题1、消化道内乳成分前体物生成与吸收的规律及其调节机制预期目标：1. 揭示瘤胃和小肠乳成分前体物的生成规律及其吸收和调节机制；2. 探明乳成分前体物生成与瘤胃微生物优势菌群之间的关系，鉴定23个参与乳成分前体物生成的关键菌群；3. 阐明瘤胃酸中毒时LPS等代谢异常产物生成的机制及其对乳成分前体物生成与吸收的效应。研究内容：1. 瘤胃内乳脂肪前体物的生成、吸收及其调节研究不同日粮模式下主要乳脂肪前体物挥发性脂肪酸（VFA）在瘤胃内的生成量和比例及其与瘤胃发酵调控的关系，VFA在瘤胃上皮细胞的吸收机制；探讨不同来源的日粮长链脂肪酸在瘤胃内的氢化效率及其影响规律与机制。2. 瘤胃和小肠乳蛋白前体物的生成、吸收与调节研究主要乳蛋白前体物小肠可代谢氨基酸、小肽的生成量及其比例与瘤胃微生物蛋白合成量和效率、日粮非降解蛋白的关系；探索氨基酸和小肽在小肠贴膜上皮细胞的转运通路、吸收动力学及其调节机制。3. 乳成分前体物生成与瘤胃微生物区系之间的关系应用基因与基因组文库等微生物分子生态学技术，研究饲料组合效应、能氮平衡、氮硫平衡、氨基酸补饲、激素与生长因子等对瘤胃微生物种群结构、数量和功能的影响，鉴别参与乳脂肪和乳蛋白前体物生成的关键菌群；应用体外共培养、特定微生物驱除等技术，研究细菌、真菌或原虫在乳成分前体物生成过程中的互作及其调节机制；解析日粮-瘤胃微生物-乳成分前体物三者之间的相互关系。4. 瘤胃内LPS等代谢异常产物的生成机制及其对乳成分前体物生成与吸收的影响研究瘤胃酸中毒时，瘤胃微生物区系紊乱导致的代谢异常产物LPS等的生成、吸收机制及其控制；探讨瘤胃内LPS等代谢异常产物对VFA生成与吸收及微生物蛋白质合成的影响，以及LPS等产物对瘤胃上皮细胞功能的影响。经费比例：20%承担单位：浙江大学、南京农业大学、中国农业大学课题负责人：刘建新学术骨干：王佳堃、吴跃明、沈赞明、毛胜勇、杨红建、李胜利课题2、肝脏内乳成分前体物的代谢、分配及其分子机理预期目标：1. 揭示肝脏内乳成分前体物的动态变化和代谢转化规律；2. 阐明LPS影响肝脏内乳成分前体物重分配的规律；3. 揭示肝脏内乳成分前体物重分配的细胞“重编程”分子机制以及肝脏内参与乳成分前体物转化与分配的功能基因差异表达及其表观遗传机理。研究内容：1. 肝脏内乳成分前体物的代谢与分配规律应用肝脏慢性血管瘘和血流量测定技术，实时测定不同日粮模式下肝脏门脉引流区和肝静脉中脂肪酸和氨基酸等乳成分前体物的总流量和组成，研究肝脏内乳成分前体物的动态变化、吸收转化和分配。2. 瘤胃代谢异常产物LPS对肝脏内乳成分前体物重分配的影响通过测定进出肝脏的LPS的动态变化，确定肝脏对LPS的清除效率；结合体内和体外方法研究LPS引起的肝脏免疫防御反应，分析LPS对肝细胞免疫活性的影响，研究LPS引起的免疫防御反应对肝脏内乳成分前体物重分配的作用。3. 肝脏内乳成分前体物重分配的细胞“重编程”分子机制采用肝脏活体取样和基因表达谱芯片技术，比较不同日粮模式下，肝脏细胞基因表达谱差异，研究乳成分前体物与功能基因表达的互作关系；分析在代谢异常产物LPS作用下，肝脏乳成分前体物代谢功能基因与免疫相关基因表达谱发生变化的细胞“重编程”现象及表观遗传机理。经费比例：18%承担单位：南京农业大学、河南农业大学课题负责人：沈向真学术骨干：倪迎冬、张源淑、庄苏、杨国宇、王林枫课题3、乳腺对乳成分前体物的摄取、利用及其调节机理预期目标：1. 建立乳蛋白最大合成量所需游离氨基酸和小肽的理想模式；2. 鉴定出参与乳腺上皮细胞摄取氨基酸和小肽的特异性转运蛋白2-3个；3. 提出挥发性脂肪酸和氨基酸等乳成分前体物发挥最大协同作用的平衡模式与调控交汇点，揭示乳腺内乳脂肪和乳蛋白合成的调节机理；4. 揭示代谢异常产物对乳腺细胞“重编程”影响的机理。研究内容：1. 乳腺对乳脂肪前体物的摄取、利用与调节应用乳腺动静脉血插管技术，测定不同日粮模式下乳腺内乙酸、-羟基丁酸和长链脂肪酸等乳脂肪前体物流量与组成的动态变化，研究不饱和脂肪酸对乳腺内从头合成脂肪酸（C4C16）关键酶（乙酰辅酶A羧化酶、脂肪酸合成酶等）基因表达和长链脂肪酸（来自血液VLDL等）摄取效率的影响及其机制，研究催乳素、胰岛素和类胰岛素生长因子-I等对乳腺内乳脂肪合成的调节作用。2. 乳腺对乳蛋白前体物的摄取、利用与调节测定不同日粮模式下进入乳腺的氨基酸和小肽流量与组成，鉴定参与乳腺上皮细胞摄取的关键氨基酸和小肽的特异性转运蛋白；利用转录组学和蛋白质组学方法，筛选乳蛋白最大合成量所需游离氨基酸和小肽的理想模式，研究激素（催乳素等）、功能性氨基酸(亮氨酸等)对乳腺中-酪蛋白和-乳清蛋白合成的调节作用。3. 乳腺细胞内乳脂肪和乳蛋白合成的互作关系应用精准灌注和乳腺细胞体外三维培养等技术，分析乳腺上皮细胞内乳脂肪和乳蛋白合成对乳成分前体物利用的协同与竞争关系，确定挥发性脂肪酸、氨基酸等乳成分前体物发挥最大协同作用的平衡模式和调控交汇点，研究乳成分前体物组成、激素和生长因子等对乳腺细胞内乳脂肪和乳蛋白合成的关键酶活性、细胞信号转导途径以及候选基因表达的影响，确定调控交汇点。4. 瘤胃代谢异常产物LPS对乳腺细胞“重编程”的影响研究瘤胃代谢异常产物LPS进入乳腺后引起的乳脂肪和乳蛋白合成代谢与免疫功能的变化，探讨乳腺上皮细胞“重编程”规律及其表观遗传机理。经费比例：19%承担单位：内蒙古农业大学、内蒙古自治区农牧业科学院、西南大学、扬州大学课题负责人：敖长金学术骨干：闫素梅、高民、董国忠、王洪荣课题4、第一基因组和第二基因组中乳脂肪和乳蛋白合成的功能基因（组）筛选预期目标：1. 筛选确定参与乳脂肪和乳蛋白合成的第一基因组和第二基因组中主要功能基因1015个；2. 揭示乳成分前体物与乳腺功能基因的互作关系；3. 揭示“两个基因组”在乳成分合成中的关联性，获得具有关联性的功能基因35个。研究内容：1. 筛选第一基因组（奶牛乳腺）中参与乳脂肪和乳蛋白合成的功能基因（组）应用基因芯片、功能基因鉴定、蛋白质组学等方法，分析添加激素、氨基酸、脂肪酸、植物生物活性物质等干预条件下乳腺上皮细胞全基因组表达谱差异，鉴定乳腺内参与乳脂肪和乳蛋白合成的主要功能基因的结构信息，并确定其在合成代谢、转录调控和信号转导中的作用，验证其在不同日粮模式下的表达。2. 筛选第二基因组（瘤胃微生物）中参与乳成分前体物生成功能基因（组）利用功能驱动筛选的方法，从瘤胃微生物元基因组文库中克隆参与乳成分前体物生成的基因；利用人工瘤胃模型，结合琥珀酸、己酸和氨基酸的同位素标记，分析瘤胃微生物群落元转录组表达谱，鉴定参与乙酸、丁酸和瘤胃微生物蛋白质形成的微生物功能基因的结构信息及其功能，并验证其在不同日粮模式下的表达。3. 乳成分前体物与乳腺功能基因的互作应用营养基因组学方法，分析乳成分前体物对乳脂肪和乳蛋白合成功能基因表达的影响及瘤胃代谢异常产物LPS导致DNA甲基化等表观遗传变化；确定激素、生长因子、植物生物活性物质等外源信号干预基因组表达后乳成分前体物需求的变化。4. 乳脂肪和乳蛋白合成过程中“两个基因组”之间的关联性应用生物信息学方法，分析不同日粮模式下第一基因组与第二基因组在乳脂肪和乳蛋白合成代谢中的基因表达关联性，筛选具有协同作用的功能基因（组）。经费比例：19%承担单位：东北农业大学、中国科学院微生物研究所、中国农业科学院北京畜牧兽医研究所课题负责人：李庆章学术骨干：高学军、王春梅、戴欣、孙鹏课题5、乳脂肪与乳蛋白合成的代谢网络整合与调控预期目标：1. 从机体、细胞和分子水平揭示我国当前牛奶营养品质低下的主要原因，绘制出乳脂肪和乳蛋白合成的关键代谢调控网络，建立具有中国饲料资源特色的改善牛奶重要营养品质的系统整合理论；2. 形成瘤胃“稳态”调控技术2-3项；3. 根据不同生产水平的需求，建立干预乳脂肪和乳蛋白合成的关键代谢网络调控通路的技术途径，试验验证乳脂肪和乳蛋白含量分别达到3.5%和3.1%;4. 阐明乳脂肪和乳蛋白特征图谱变化规律，为评价牛奶营养品质提供依据。研究内容：1. 乳脂肪和乳蛋白合成中关键物质代谢通路及其神经内分泌调节机制应用整合生理学的理论与方法，分析乳成分前体物生成与利用的关键物质在瘤胃、肝脏和乳腺中的代谢通路及其协同关系，研究代谢关键物质与生长轴、下丘脑垂体肾上腺轴和催乳素系统的相互作用及其信号转导通路，解析机体主要神经内分泌因子对维持瘤胃、肝脏和乳腺功能“稳态”的作用及其机理，绘制乳脂肪和乳蛋白合成的代谢调控网络，阐明代谢关键物质与神经内分泌调节的互作机制，构建乳脂肪和乳蛋白合成的整合分析系统。2. 日粮模式对乳脂肪和乳蛋白合成代谢网络中关键通路的调控基于乳脂肪和乳蛋白合成的代谢调控网络的系统整合理论，根据不同生产水平的需求，设计预期的日粮模式，验证其对代谢网络中关键通路的干预效果，优化乳成分前体物的形成与利用，以确保瘤胃“稳态”为前提，研究提高乳脂肪和乳蛋白合成的营养调控方法。3生物活性物质对乳脂肪和乳蛋白合成代谢网络中关键通路的调控筛选植物提取物等生物活性物质，研究其作为代谢调控物质对乳脂肪和乳蛋白合成代谢网络中关键通路的干预效果及其机理，建立应用生物活性物质改善乳脂肪和乳蛋白合成的调控方法。4. 牛奶营养品质特征及其对日粮变化的响应运用蛋白组学、代谢组学等方法，研究不同日粮模式下牛奶乳脂肪和乳蛋白的特征图谱，鉴定牛奶中乳脂肪和乳蛋白的组成与比例，分析乳脂肪和乳蛋白主要成分对日粮变化的响应关系，揭示牛奶营养品质的基本特征,为评价牛奶营养品质提供依据。经费比例：24%承担单位：中国农业科学院北京畜牧兽医研究所、吉林大学课题负责人：王加启学术骨干：卜登攀、熊本海、雷连成、卢庆萍、柳巨雄四、年度计划研究内容预期目标第一年1. 应用消化道瘘管和血管慢性插管动物模型，研究不同日粮模式对瘤胃发酵、瘤胃微生物区系组成、乳成分前体物的生成及其在小肠流量的影响；分析乳成分前体物在门静脉、肝静脉、乳腺动脉和乳静脉中的浓度变化及其在肝脏的吸收与代谢，以及在乳腺的摄取、代谢和利用的动态变化；不同日粮模式下瘤胃内LPS等代谢异常产物生成；2. 乳腺上皮细胞全基因组表达谱、蛋白质组表达谱等差异，鉴定乳腺内参与乳脂肪和乳蛋白合成的主要功能基因的结构信息；利用奶牛乳腺上皮细胞三维培养模型探讨乳成分前体物和LPS等对乳腺功能基因表达及甲基化状态、组蛋白乙酰化的影响；从瘤胃微生物元基因组文库中筛选参与乳脂肪前体物生成的基因，克隆并测序列；3. 分析瘤胃、肝脏和乳腺与乳成分前体物生成和利用的协同关系及关键物质代谢通路；研究JAK-STATs等信号通路在乳成分前体物生成与利用中的作用；探讨机体生长轴对维持瘤胃、肝脏和乳腺“稳态”功能的调节作用及其机理；探索牛奶乳脂肪和乳蛋白图谱的系统分析方法和条件。1. 揭示日粮组成影响瘤胃VFA生成和肝脏内乳脂肪和乳蛋白前体物的动态变化、代谢转化和分配规律；初步阐明饲料组合与微生物区系组成的关系；提出瘤胃、肝脏和乳腺对乳成分前体物生成与利用的协同关系；2. 阐明不同日粮模式下乳成分前体物及LPS等异常代谢产物在奶牛乳腺中的动态变化规律及影响因素，找出乳成分前体物和LPS等异常代谢产物对乳腺乳成分、激素、免疫指标、基因表达及甲基化状态的影响规律；3. 筛选参与乳脂肪和乳蛋白合成的第一基因组和第二基因组中功能基因（组）13个；4. 揭示JAK-STATs等信号通路在乳成分前体物生成与利用中的作用，阐明生长轴对乳脂肪和乳蛋白前体物生成与利用的调节机制；5. 确定乳脂肪和乳蛋白图谱的分析方法和条件；6. 发表SCI收录论文46篇,培养研究生1012名。第二年1. 分析不同日粮模式下小肠内乳成分前体物的生成量及组成，探讨乳成分前体物的组成模式与参与乳脂肪、乳蛋白合成和分泌的关键酶活性、候选基因表达、乳成分前体物转运载体表达等的关系；鉴定参与乳腺上皮细胞摄取的关键氨基酸和小肽的特异性转运蛋白；2. 研究LPS等代谢异常产物在瘤胃的产生条件，分析其在门静脉、肝静脉中的变化及清除状况；研究肝脏中免疫相关细胞因子的浓度变化及其对肝脏免疫功能的影响；探讨LPS等对乳腺乳脂肪和乳蛋白合成功能基因表达及甲基化状态及乳腺细胞组蛋白乙酰化的影响；3. 初步确定乳腺功能基因在合成代谢、转录调控和信号转导中的作用，验证其在不同日粮模式下的表达；筛选鉴定瘤胃微生物中参与乳成分前体物生成的微生物功能基因的结构信息及其功能；4. 结合体内和体外模型研究GC-GR和Wnt等信号通路在乳成分前体物生成与利用中的作用，下丘脑垂体肾上腺轴和催乳素系统对维持瘤胃、肝脏和乳腺 “稳态”功能的调节作用及其机理，筛选对乳脂肪和乳蛋白合成有干预作用的植物提取物等生物活性物质。1. 揭示日粮蛋白质组成与乳蛋白前体物小肠可代谢氨基酸、小肽生成的内在联系，鉴定参与乳腺上皮细胞摄取的关键氨基酸和小肽的特异性转运蛋白；2. 建立VFA在瘤胃上皮的吸收模式，初步揭示其吸收机制，鉴定参与乳蛋白、乳脂肪前体物生成的关键菌群12个;3. 阐明瘤胃代谢异常产物在肝脏中的清除效率、对肝脏免疫功能和营养重分配的影响；4. 鉴定参与乳脂肪和乳蛋白合成的第一基因组和第二基因组中主要功能基因5个；5. 阐明GC-GR和Wnt等信号通路在乳成分前体物生成与利用中的作用，阐明下丘脑垂体肾上腺轴和催乳素系统的调节机制；6. 绘制出乳脂肪和乳蛋白合成的关键代谢调控网络，获得具有调节乳脂肪和乳蛋白的生物活性物质24种；7. 发表SCI收录论文1518篇，培养研究生2025名，申报专利23项。第三年1. 营养素平衡对瘤胃乳成分前体外和异常代谢产物的代谢、乳脂肪前体物在瘤胃上皮的转运与吸收、乳蛋白前体物在小肠上皮细胞的转运与吸收影响；确定瘤胃酸中毒条件下LPS等代谢异常产物对乳成分前体物生成、吸收和胃肠道粘膜屏障功能的影响；2. 研究参与肝脏物质代谢的关键功能基因在不同日粮模式下的表达谱变化，分析LPS等对肝脏物质代谢关键功能基因表达谱的影响，揭示其对肝脏内乳成分前体物重分配的调节机理及乳腺乳脂肪和乳蛋白合成影响的表观遗传机理；3. 分析乳成分前体物对乳腺乳脂肪和乳蛋白合成的功能基因表达及甲基化程度的影响，确定激素、生长因子、植物生物活性物质等外源信号对乳腺细胞内乳成分前体物摄取、代谢和利用的影响机制；4. 研究乳成分前体物生成利用与神经内分泌系统调节的互作关系，绘制乳脂肪和乳蛋白合成的代谢调控网络，研究设计营养素和生物活性物质对关键通路的干预效果及其机理；完成典型日粮模式下牛奶乳脂肪和乳蛋白的特征图谱；1. 揭示乳成分前体物在瘤胃合成、吸收和代谢的机制，建立乳蛋白前体物在小肠的吸收模式及吸收动力学模型；探明微量营养成分影响瘤胃发酵以及微生物区系的机制；2. 阐明LPS等异常代谢产物影响胃肠道上皮细胞功能的机理，揭示LPS等影响肝脏物质代谢关键功能基因表达谱变化规律，及其对乳成分前体物重分配影响的分子机理；3. 揭示外源调节因子对乳腺上皮细胞乳脂肪前体物代谢、摄取、利用和分配的影响规律及其机制；4. 确定参与乳脂肪和乳蛋白合成的第一基因组和第二基因组中主要功能基因10个；5. 揭示不同日粮模式下瘤胃、肝脏和乳腺内乳成分前体物生成与利用的协同关系;绘制出乳脂肪和乳蛋白合成的关键代谢调控网络，建立干预乳脂肪和乳蛋白合成的关键代谢网络调控通路的技术途径；建立典型日粮条件下牛奶乳脂肪和乳蛋白的特征图谱，获得具有明确干预效果的日粮模式12种，形成瘤胃“稳态”调控技术1项；6. 发表SCI收录论文2025篇，培养研究生2530名，申报专利23项。第四年1. 研究瘤胃细菌、真菌和原虫在乳成分前体物生成过程中的互作；日粮因素影响瘤胃上皮和小肠吸收乳成分前体物的机理； 2. LPS等对肝脏物质代谢关键功能基因与免疫相关细胞因子基因表达谱式发生变化的细胞重编程的影响，分析肝脏免疫与代谢功能的相互关系，及其对肝脏免疫功能和营养重分配的影响；揭示LPS等异常代谢产物对肝脏内乳成分前体物重分配和乳腺乳成分合成“重编程”的分子机制；3. 研究肝脏物质代谢功能基因与免疫相关细胞因子基因表达谱式建立和维持的细胞编程规律；乳成分前体物的组成模式对乳腺功能基因、乳蛋白转运载体表达量的影响，探讨其调控机制；确定激素、生长因子、植物生物活性物质等外源信号干预基因组表达后乳成分前体物需求的变化；4. 研究不同日粮模式下关键代谢物质与神经内分泌系统的互作关系，构建基于信号转导通路的关键物质与神经内分泌网络互作的整合分析系统；建立应用生物活性物质改善乳脂肪和乳蛋白合成的调控方法；确定牛奶中乳蛋白、乳脂肪的特征组成及其比例。1. 阐明乳成分前体物在消化道内的吸收机制及日粮影响瘤胃VFA的吸收机理，探明日粮长链脂肪酸在瘤胃的氢化效率及其影响机制，揭示瘤胃微生物在乳成分前体物生成中的调节作用；2. 阐明肝脏物质代谢功能基因与免疫相关细胞因子基因表达谱式和细胞编程规律，揭示肝脏内乳脂肪和乳蛋白前体物重分配的细胞“重编程”分子机制；3. 提出脂肪酸和氨基酸等乳成分前体物发挥最佳协同作用的平衡模式，确定乳成分前体物与乳腺功能基因的互作关系；4. 揭示乳脂肪和乳蛋白功能合成基因（组）高效表达的营养需要和调控途径；5. 阐明乳脂肪和乳蛋白特征图谱变化规律，建立具有中国饲料资源特色的改善牛奶重要营养品质的系统整合理论；6. 发表SCI收录论文2630篇；培养研究生3035名，申报专利34项。第五年1. 日粮组成以及饲料添加物对瘤胃发酵类型、微生物菌群结构、数量与功能的影响；2. 分析功能基因的甲基化水平，研究瘤胃代谢异常产物影响肝脏和乳腺细胞重编程的表观遗传机理；瘤胃上皮对LPS等异常代谢产物适应机制及其瘤胃内LPS等代谢异常产物生成的控制；3. 分析预测第一基因组与第二基因组在乳脂肪和乳蛋白合成中的关联性，通过不同日粮模式奶牛试验筛选验证具有关联作用功能基因（组）； 4. 探讨实现“前体物质最大化，异常物质最小化、活性物质高效化”三种模式的条件，优化乳成分前体物的形成与利用，研究提高乳脂肪和乳蛋白合成的营养调控方法；分析乳脂肪和乳蛋白特征图谱对日粮变化的响应关系，研究评价牛奶营养品质特征的基础方法。1. 鉴定参与乳脂肪、乳蛋白前体物生成的关键菌群12个；获得两个基因组中具有关联性的功能基因35个；2. 建立消化道内乳脂肪和乳蛋白前体物生成的优化模式；揭示维护瘤胃上皮结构和功能完整性的途径和机理，形成控制代谢异常产物的瘤胃健康模式；3. 揭示引起肝脏内参与乳脂肪和乳蛋白前体物转化与分配的功能基因差异表达的表观遗传机理；阐明乳腺乳成分和LPS等异常代谢产物对乳腺乳成分前体物的摄取、利用及其调节机理；4.